汽车座椅头枕的开发及制造

汽车座椅头枕的开发及制造摘要：随着汽车行业的不断发展与需求，人们对汽车舒适性、安全性的要求也相对提高，特别是座椅等与人体直接接触的零部件；这些零件与驾驶员、乘客的生命安全息息相关。对于座椅上的头枕更是如此；头枕主要用途一当人坐在座椅上时，头部可以舒适的靠在头枕上，保持最佳姿势；二是当汽车急刹车或撞车时保护脆弱的颈部。本文阐述了如何通过设计评审，设计验证，分析并改进设计缺陷，以满足行业对座椅头枕安全和舒适的功能要求。关键词：汽车零部件座椅头枕开发制造一、 头枕的功能及分类1.1座椅头枕的功能座椅头枕的主要用途一支撑头部，汽车在正常行驶过程中，保持对头部的支撑，缓解颈部疲劳，提高驾驶安全性。二当车辆发生激烈碰撞或紧急刹车的情况下，保护头部和颈部安全。1.2座椅头枕的类别座椅头枕种类繁多，主要有两大类别：主动式头枕和被动式头枕。根据功能不同划分为四向头枕、两向头枕、折叠头枕；根据头枕位置不同可以划分为前排头枕、后边头枕、后中头枕；其中后排头枕根据结构不同又可划分为后L型头枕，半高型芯子头枕；根据制造生产的工艺装配头枕和一次发泡成型头枕（Pourinplace,简称PIP）。二、 头枕设计开发与制造头枕的结构主要由三部分组成:面套、发泡和芯子。如图1：面套的材质主要以织物、人造革、真皮等面料制作。通常情况下在单层面料上复合一层海绵，以增加单面料的舒适度；发泡的原材料为PU，通过调配发泡原材料中成分的比例以实现客户对头枕软硬度的不同要求。芯子主要由塑料件和金属件组成，有些头枕只是一个金属件头枕杆子，例如PIP头枕。2.1座椅头枕的设计评审及解决方案2.1.1头枕高度头枕的高度是影响头枕使用功能重要因素之一，为确保头枕使用的安全性能和舒适性，头枕的高度须满足以下条件：图11） 前排可调节头枕在座椅上的最高位置H需2800mm；2） 其它位置座椅头枕最高位置H需要2750mm。2.1.3头枕曲率半径要求根据法规要求，头枕内部结构芯子表面的曲率半径R23.2mm；能被165mm头型模型接触的表面其曲率半径R25.0mm。实际生产中头枕A面曲率半径通常210mm，内部芯子表面曲率半径R23.5mm。头枕碰撞区域之外的前、后表面都应装有衬垫，以避免人体头部与骨架的直接接触。2.2座椅头枕的性能验证及解决方案2.2.1头枕鞭打性能验证车辆发生碰撞时对颈部的保护性性能的评判，称之为鞭打伤害。鞭打伤害是由汽车受到强烈撞击时，加速度引起的机械能传递至颈部所产生。追尾碰撞时，颈部与头枕之间因惯性力和接触力的作用，软组织所承受的载荷超过极限时，导致颈部伤害。通常情况下车辆碰撞前，人体头部与颈部处于自然状态，人体在座椅上时颈椎呈一定的弯曲；车辆碰撞的瞬间，人体躯干会受到向前或向后的推力，头部和颈部会发生生理曲线的瞬间转变，颈椎发生由伸直到向后的变化，其中上颈椎发生弯曲运动，下颈椎发生相对于人体躯干的伸张运动，头颈形态呈现S形;同时伴随着颈椎的垂直移动，致使颈椎呈现C形。变化过程如图4所示。鞭打试验的目的是验证头枕对颈部的保护性能，鞭打试验是头枕开发过程中必须要进行的试验项目之一。随着汽车的广泛普及，行业对鞭打试验的重视程度越来越高。就全球市场而言，不同市场区域的鞭打试验标准略有差异。2.2.2头枕动静态性能验证2.2.2.1静态性能验证在GB11550-2009版明确了试验的要求和方法：1）通过头型对H点施加373N.m的载荷，头型最大允许后移量X应小于102mm。如图7。2）头枕及其固定装置应具有足够的强度，以保证负荷达到890N时不被破坏。静态试验性能验证失败后问题分析及应对方案：通过试验结果分析，对头枕杆子的角度、强度进行优化，按照静态试验要求对头枕CAE分析，模拟计算满足试验要求的杆子锁必须具备的屈服强度和抗拉强度等，选择使用高于模拟值的钢材，并进行再次验证。2.2.2.2前冲/后冲性能验证头枕碰撞区域内，其头枕前、后表面的吸收性能应满足：头部模型减速度超过80g，持续作用时间不超过3ms；冲击速度：＜24.1Kph；同时试验过程中或试验结束后没有对乘员造成伤害的危险凸起物或尖棱产生。冲撞试验失败后问题分析及解决方案：冲撞试验是重要的性能验证，能充分体现车辆撞击时头枕对人体头部保护能力，也是头枕开发必不可少的试验项目。试验过程中常见的问题点如下：1） 头枕杆子变形杆子变形分的原因有两种：一杆子材料的强度不够；二杆子的壁厚不够。可参考钢材的屈服强度和标准选择合适的原材料。2） 头枕减速度超过80g加速度超过80g时，持续作用时间超过3ms，需要分析发泡的软硬度和发泡A面到内部头枕芯子的壁厚，如图8。一从人体舒适度的角度考虑，发泡柔软度越高越好，但兼顾安全性能，发泡需要满足一定的硬度要求；故可通过调整发泡密度实现不同的硬度要求。二发泡A面到内部头枕芯子的距离偏小，即发泡A面厚度为满足要求，车辆撞击时，造成人体头部与头枕内部的骨架近距离碰撞，碰硬感强烈。故可通过增加发泡A面到头枕芯子的厚度满足试验性能要求。通常最优的方案是采用发泡硬度和发泡厚度同步优化改进。2.3座椅头枕生产制造防错通常情况下同一主机厂的同类型的头枕项目较多，不同车型的头枕只是变换表面面料材质，或者头枕杆的倾斜角度，或者A面形状，或者内部结构的细微差异；对生产制造厂商的生产带来了很大的不便，存在潜在质量风险。对于变化不大的零部件可以采用在零件上刻字识别，起到放错的功能。例如发泡模具刻项目代号，杆子下端刻字等。刻字区域一般选择在不影响外观和装配的区域，例发泡底部，杆子的下端等。参见图9三、结论座椅头枕通过设计后的设计评审、设计后的验证，来对头枕的设计和实际使用性能的验证，通过一系列的验证和分析来改进设计中的不足之处。来达到座椅头枕的安全使用要求。改进后的头枕会使乘客头部得到更好的保护和舒适性要求。通过在制造过程中发现的放错手段来减少由于混装带来的生产质量成本。参考文献.中国汽车技术研究中心《C-NCAP管理规则》2015版..钟柳华，孟正华《汽车座椅设计与制造》；出版时间:2015年4月..EuroNCA